路培貴,張 凱
(江蘇華昌化工股份有限公司,江蘇張家港 215634)
江蘇華昌化工股份有限公司采用多噴嘴對置式水煤漿氣化技術,共2臺氣化爐(1開1備),從2015年3月運行以來,倒爐停車后對氣化爐內(nèi)部進行檢查,發(fā)現(xiàn)2臺氣化爐下降管都出現(xiàn)過不同程度的變形,破壞了水膜的形成,影響氣化爐的正常使用。因此,筆者對下降管變形的原因進行分析,并提出相應的修復方案。
氣化爐分為燃燒室和激冷室兩個部分,激冷室在燃燒室的下方。燃燒室下面由錐體與激冷室隔開,之間的通道稱為渣口,再往下就是激冷環(huán)。激冷環(huán)用法蘭固定在錐體上,激冷環(huán)的下部用焊接的方式與下降管相連接。洗滌水進入激冷室中的分布環(huán),經(jīng)一排孔與環(huán)縫噴出。環(huán)縫洗滌水沿管壁流下,保護洗滌冷卻管不超溫,一排孔軸線與洗滌冷卻管中心線呈30°,洗滌水與來自氣化室下渣口的粗合成氣混合,以強化熱質(zhì)傳遞,將合成氣溫度由1 350 ℃逐步降到250 ℃左右,并使其所含灰渣溫度降低、合成氣濕度增加,灰渣被水浸潤[1-2]。
合成氣經(jīng)洗滌冷卻水管下端擴口進入鼓泡床,床中設有氣泡橫向分割單元,進一步實現(xiàn)合成氣的洗滌、降溫和增濕,絕大部分灰渣轉(zhuǎn)移到水相并沉降。合成氣經(jīng)洗滌冷卻室上部擋板分離其中的霧沫與攜帶水分后,再經(jīng)出口進入下游工序。
氣化爐A下降管出現(xiàn)變形的位置為從激冷環(huán)往下1.8 m處,一整圈向里凹,長度約300 mm,深度約30 mm;從激冷環(huán)往下1.2 m與0.8 m處出現(xiàn)局部變形,局部變形與1.8 m凹坑類似。氣化爐B下降管變形情況與氣化爐A類似。
下降管直徑為1 100 mm,厚度為8 mm,總長約為6 168 mm,材質(zhì)為Incoloy825。下降管下部約2 000 mm處于液相,上部4 000 mm處于氣相,2臺氣化爐出現(xiàn)變形的位置均在氣相中。
(1)如果有下降管備件,可以更換新的下降管,把與氣化爐連接的破渣機移開,拆除氣化爐里的靜態(tài)破渣器,把舊下降管割除,把新的下降管再更換上去。
(2)可以把處于液相中的下降管與處于氣相中的下降管互換位置,把變形處位置隔開后采用卷板機重新修復成型,同樣需把破渣機及靜態(tài)破渣器拆除。
(3)如果有同樣材質(zhì)的Incoloy825板材,可以局部更換變形處板材。該方案無需拆除破渣機與靜態(tài)破渣器,只需要從DN500人孔把卷制好的板材送進去進行更換。割除處環(huán)縫坡口為外坡口,角度為35°,鈍邊為0.5~1.0 mm,按下降管的尺寸將新的板材進行卷制,再割成所需要的大小(打好坡口,坡口形式同上,必須能從DN500人孔進入)進行裝配焊接,焊接完畢后再復測筒體橢圓度,筒體內(nèi)壁需要將焊縫處打磨得與母材齊平,以保證水膜的形成。
由于檢修的時間的緊迫,采用了第3種局部更換板材的方式進行修復。修復完畢后,通洗滌水,從氣化爐預熱燒嘴口觀察下降管水膜形成情況,以確保修復質(zhì)量。
激冷環(huán)是氣化爐的主要內(nèi)件之一,其價格高昂,制作難度較大。激冷環(huán)的主要作用是通過激冷環(huán)與下降管約9.5 mm的間隙向下降管內(nèi)壁噴水,形成水膜,以保護下降管不被高溫氣體及熔渣損毀,洗滌水通過外圈120個Φ8 mm的孔斜向向合成氣進行洗滌、降溫、增濕。激冷環(huán)的結構見圖1。
圖1 激冷環(huán)結構
洗滌水通過黑水循環(huán)泵(體積流量約為430 m3/h,溫度約為240 ℃)加壓后,經(jīng)過黑水過濾器除去煤灰后,進入激冷環(huán)。當洗滌水水質(zhì)惡化、黑水過濾器過濾效果變差時,部分煤灰進入洗滌水,會堵塞激冷環(huán)的小孔或激冷環(huán)與下降管的間隙,從而導致下降管布水不均勻。下降管在這種工況下運行,就會逐漸形成熔渣結疤,產(chǎn)生高溫區(qū),逐漸使下降管變形或者燒壞。
激冷水中鈣鎂離子含量較高或pH較高時(呈堿性),容易使設備、管道結垢,一方面影響黑水循環(huán)泵的打量,另一方面垢片脫落后會堵塞激冷環(huán)[3]。
激冷水中灰分及雜質(zhì)含量較高時,也會堵塞激冷環(huán)或沖刷下降管,直接損傷下降管。激冷水中的雜質(zhì)及灰分主要來自合成氣洗滌沉淀和渣水處理系統(tǒng)沉降處理干凈送回水洗塔兩部分。黑水過濾器過濾效果較差或2臺過濾器切換不勤,都會導致激冷水中的灰分及雜質(zhì)含量較高。
激冷水量直接決定了下降管水膜厚度,當氣化爐在低負荷工況下運行時,合成氣氣體流速減慢,激冷水量可以適當?shù)鸵恍?,當氣化爐在高負荷或者高爐溫操作時,激冷水量應適當加大,才能保證水膜的厚度,否則高溫會造成下降管變形[4]。
水煤漿氣化爐對煤的灰熔點和灰分含量都有很高的要求?;曳趾窟^高時,氣化效率下降,渣量增多,增大對下降管的磨損,并可能掛壁在下降管上;煤的灰熔點較高時,熔渣流動速度較緩慢,極易掛壁和結疤,從而損壞下降管。
若煤種不同,則灰熔點不同,氣化用煤不穩(wěn)定使操作難度加大,該提溫的時候未提,當發(fā)現(xiàn)渣口壓差增加、合成氣成分異常時,再提高操作溫度為時已晚,此時提高燃燒室溫度并不能使下降管上的渣融化。
水煤漿氣化爐的操作需要一個合適的溫度,既不能太高也不能太低。操作溫度過低,灰渣的流動性變差,容易在下降管上掛壁和結疤,當水流流過掛壁和結疤時,被迫分流,破壞水膜,致使下降管局部超溫變形。同時,掛壁和結疤處會聚集更多的灰渣,使合成氣的流通面積減小,氣流增大后沖破水膜,致使下降管局部超溫變形,甚至擊穿下降管。操作溫度過高,灰渣的流動性變強,熱負荷增大,合成氣溫度較高,合成氣溫度由1 350 ℃降到250 ℃左右時,渣口下部一段下降管溫度下降最快,致使水膜減薄,容易造成下降管局部超溫,出現(xiàn)裂紋、鼓包,甚至擊穿。過高的爐溫還會造成燃燒室爐壁上的渣大量掉落,增大下渣量,容易損壞下降管。
氣化爐的渣口磚在燃燒室內(nèi)的底部,在激冷環(huán)和下降管的上部,主要作用是保護激冷環(huán)和下降管。渣口磚共5層,當渣口磨損增大時,氣體流速減慢,而且容易在此處堆積。當熔渣堆積到一定程度突然下落時,易在下降管上掛壁和結疤,從而造成下降管的損壞。當渣口磚磨損較為嚴重時,將會使激冷環(huán)直接暴露在熔渣的沖刷中,造成激冷環(huán)和下降管的損壞。
應從源頭開始抓起,控制進水水質(zhì);在渣水處理系統(tǒng)中,根據(jù)水質(zhì)及時調(diào)整絮凝劑、分散劑用量,分析水質(zhì),保證沉降效果。盡可能多地置換系統(tǒng)內(nèi)部水,保持水質(zhì)良好??刂扑到y(tǒng)的pH,減少結垢的產(chǎn)生。
在正常操作情況下,尤其在高負荷、高溫操作條件下,必須保證激冷水的用量,根據(jù)黑水過濾器進出口壓差及時切換。準備投料的氣化爐必須進行激冷水的分布試驗,并做好記錄;停爐后必須做好激冷水管線的沖洗和排污工作,必要時進行酸洗。
應盡量采購合適的氣化用煤,各項指標都能滿足要求,盡可能采用灰分含量低的煤種;分析不同批次的煤種,根據(jù)煤種情況及時調(diào)整工藝指標。煤種盡可能保持穩(wěn)定,不要頻繁更改煤種,避免操作難度增大及系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
加強操作人員業(yè)務水平能力,當煤種較穩(wěn)定時,嚴格控制工藝指標,溫度不能忽高忽低。煤種變化時,應及時調(diào)整爐溫,保證下渣正常,維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行,所有操作都要緩慢,不能突增突降?,F(xiàn)場看渣形,看渣樣要準確、及時,操作人員應根據(jù)熱偶指示、合成氣成分、甲烷含量等工藝參數(shù)合理調(diào)整氧煤比在合適的范圍。
做好氣化爐渣口磚的運行記錄,停爐后檢查錐底磚的磨損情況,記錄相關尺寸;對于磨損較大的爐子,不帶病生產(chǎn),應及時更換渣口磚。
為防止下降管損壞后有備件可換,必須做好備品備件的采購。Incoloy825進口材料采購周期較長,應提前做好板材的采購。至少準備1套激冷環(huán)和下降管組件,再準備一些Incoloy825材料,以便對下降管進行局部更換。
下降管作為氣化爐重要內(nèi)件之一,一旦損壞,存在維修和材料成本較高、定制周期較長、安裝不便、安裝質(zhì)量要求較高等諸多問題,只有從預防做起,工藝人員、設備人員、操作人員和管理人員都要做到精心、重視才能使設備長周期穩(wěn)定運行下去。